KR20090017551A - System and method for delivery of precursor material - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 저장 지점으로부터 사용 지점까지 액체, 특히 자연 발화성의 생성물을 분배하는 방법, 및 특히 정제된 생성물을 응축/용융시키기 위한 수단을 포함하는 이들 생성물의 분배를 위한 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a method for dispensing a liquid, in particular a pyrophoric product, from a storage point to a point of use, and in particular an apparatus for dispensing these products, including means for condensing / melting the purified product.
반도체 산업은 집적 회로의 성능 및 소형화 요구를 충족시키기 위해 신규한 생성물을 사용하는 방향으로 나아가고 있다. 이들 전구체는 반도체 제조뿐 아니라 광전자 공학에서 이들 생성물의 층을 퇴적하는데 사용될 수 있다. 이들 생성물은 특히 금속, 유기 금속, 실리콘 전구체, 및 이들 생성물로부터 유도되거나 유도되지 않은 그리고 태양 전지의 평판 스크린의 제조를 위한 질화물, 탄화물층의 전구체를 포함한다.The semiconductor industry is moving towards using new products to meet the performance and miniaturization requirements of integrated circuits. These precursors can be used to deposit layers of these products in semiconductor manufacturing as well as optoelectronics. These products include in particular metals, organometallics, silicon precursors, and precursors of nitride, carbide layers derived or not derived from these products and for the production of flat screens of solar cells.
트리메틸 알루미늄(TMA) 또는 트리메틸 갈륨(TMGa), 디메틸 아연(DiZ), DMAH(디메틸 알루미늄 수소화물)와 같은 이들 전구체들 중 일부는, 특히 자연 발화성의, 즉 공기와 접촉하여 자발적으로 발화하는 특별한 특징을 갖고, 그들 중 일부는 또한 물과 접촉하여 폭발적으로 반응한다.Some of these precursors, such as trimethyl aluminum (TMA) or trimethyl gallium (TMGa), dimethyl zinc (DiZ), DMAH (dimethyl aluminum hydride), are particularly flammable, i.e. special features that spontaneously ignite in contact with air Some of them also react with the water explosively.
일반적으로, 이들 생성물은 버블러를 이용하여 널리 채용되고, 즉 액체 형태 의 생성물은 예를 들어 제조 공정에 이용 가능한 불활성 가스(질소, 아르곤, 헬륨 등)와 같은 가스에 의해 이동되고, 이들 버블러는 청정실 내의 반도체 제조 장비에 가능한 한 근접되게 위치된다. 액체 형태의 생성물은 내부가 비었을 때 연결 해제되는 소형의 사전 포장된 버블러 저장소 내에 공급된다.In general, these products are widely employed using bubblers, that is, products in liquid form are transported by gases such as, for example, inert gases (nitrogen, argon, helium, etc.) available in the manufacturing process, and these bubblers Is located as close as possible to the semiconductor manufacturing equipment in the clean room. The product in liquid form is fed into a small, pre-packed bubbler reservoir that is disconnected when the interior is empty.
이러한 작동은 주위의 시설들에 대해 또는 청정실 내에서, 특히 자연 발화성 또는 폭발성 생성물을 취급하기 위해 적절한 보호 장비를 착용할 수 없는 조작자에 대해 안전의 관점에서 많은 위험을 초래하는 이들 전구체를 공급하는 시스템의 이러한 청정실 내에 다수의 연결 및 연결 해제를 수반한다.This operation provides a system that supplies these precursors that pose a high risk in terms of safety to surrounding facilities or in clean rooms, especially for operators who cannot wear appropriate protective equipment to handle spontaneous flammable or explosive products. This involves a number of connections and disconnections within the clean room.
버블러 교환 빈도가 너무 높을 때, 보호 구역 내에 설치될 수 있고 액체 생성물을 분배하기 위한 중앙 시스템에 의해 이들 버블러가 공급되는 하나의 해결책이 제공되었다.When the bubbler exchange frequency is too high, one solution has been provided that can be installed in the protected area and supplied by these bubblers by a central system for dispensing liquid product.
이러한 해결책은 청정실 내의 버블러 교환에 대한 필요성을 생략할 수 있는 이점을 갖지만, 그 보호된 중앙 저장 지점과 사용 지점에 근접한 다양한 버블러들 사이의 가압 액체의 경로 설정을 필요로 한다.This solution has the advantage of eliminating the need for bubbler exchange in the clean room, but requires routing of pressurized liquid between its protected central storage point and various bubblers close to the point of use.
이들 액체의 분포를 더 보호하기 위하여 각각 채워진 버블러 사용 지점들 사이의 라인을 퍼징하는 것 또는 가압 액체 라인 주위에 불활성 가스와 함께 가압된 이중 재킷을 사용하는 것과 같은 다양한 보완적인 방법들이 개발되어 왔다.To further protect the distribution of these liquids, various complementary methods have been developed, such as purging the line between each filled bubbler use points or using a double jacket pressurized with an inert gas around the pressurized liquid line. .
그러나, 이러한 방법은 여러 단점들을 가지고 있고, 이들 중에서, 특히 버블러가 단지 연속적이고 비동시적으로 채워질 수 있고, 제조 유닛 내에 이들 전구체를 분배하기 위한 시스템의 설치 동안 이러한 전체 설비가 오히려 높은 추가 비용 을 수반한다는 사실이 언급될 수 있다.However, this method has a number of disadvantages, among which, in particular, the bubbler can only be filled continuously and asynchronously, and this overall installation has a rather high additional cost during installation of the system for distributing these precursors in the manufacturing unit. May be mentioned.
일반적으로, 본 발명은 액체를 함유하는 저장소 내에서 불활성 가스를 버블링함에 의한 액체 생성물의 분배에 관한 것이다. 본 발명은 액체, 특히 자연 발화성 생성물을 정제하여, 분배 라인으로의 그 이송 동안 그 잔류 불순물들 중 적어도 일부를 제거하기에 적합하다.In general, the present invention relates to the distribution of a liquid product by bubbling an inert gas in a reservoir containing a liquid. The present invention is suitable for purifying a liquid, in particular a pyrophoric product, to remove at least some of its residual impurities during its transfer to the distribution line.
본 발명은 생성물, 특히 자연 발화성의 생성물을 사용 지점으로 안전하게 경로 설정하고, 장비에 가능한 한 근접되게 반도체 또는 광전자 디바이스, 평판 스크린 등이 제조되는 장치의 직접적인(immediate) 또는 실질적으로 직접적인 필요에 대해 단지 필요한 액체의 양을 제공하기에 더 적합하다.The present invention is directed only to the immediate or substantially direct need of a device in which a product, in particular a pyrophoric product, is safely routed to the point of use and a semiconductor or optoelectronic device, a flat screen or the like is manufactured as close as possible to the equipment. More suitable to provide the required amount of liquid.
이는 특히 통상의 사용 시에 버블러 저장소 내에 공급되는 액체보다 덜 순수한 (이에 따라 덜 비싼) 액체를 공급하도록 작용하는 한편, 상기 버블러 저장소 내에 통상 공급되는 생성물의 순도와 적어도 같거나 또는 그보다 높은 순도를 갖는 생성물을 공급하도록 작용한다. 이는 또한 "전기적(electrical)" 등급 생성물, 즉 이미 매우 순수한 생성물로 시작하여 개선된 품질로 한층 더 순수한 생성물을 공급하도록 작용한다.This acts in particular to supply liquid that is less pure (and therefore less expensive) than the liquid supplied in the bubbler reservoir in normal use, while at least equal to or higher than the purity of the product normally supplied in the bubbler reservoir. Act to supply the product with It also acts to feed "electrical" grade products, i.e., products that are already very pure and of a more pure product with improved quality.
본 발명에 따르면, 이러한 생성물은 불활성 가스와, 특히 자연 발화성의 생성물의 혼합물을 생성하기 위해 이 저장 유닛 내에 함유된 정제될, 특히 자연 발화성의 액체(즉 시장에서 판매되는 바와 같은 액체, 특히 자연 발화성 생성물) 내로 불활성 가스를 버블링함으로써 (중앙 시스템일 수 있는) 저장 지점으로부터 분배되고, 불활성 가스 내에서 희석된, 특히 자연 발화성의 생성물 증기의 혼합물은 더 이상 자연 발화성이 아니다(그리고, 적어도 휘발성 불순물이 액체 내에 잔류함). 그런 다음, 혼합물 내에 함유된 증기는, 소정 간격 이상으로 적절한 안전 상태로 이러한 가스 혼합물의 이송 후에(이송 라인은 또한 이러한 이송 동안 액체의 응축을 방지하도록 가열될 수 있음), 사용된 전구체 유형에 따라 고체 상태로 선택적으로 상(phase) 진행됨으로써 정제된, 특히 자연 발화성 생성물을 회수하기 위하여 (이송 후에) 제조 장비에 가능한 한 근접하여 액체 형태로 응축된다.According to the invention, such products are to be purified, especially spontaneously flammable liquids (ie liquids as sold on the market, in particular spontaneously flammable) contained in this storage unit to produce a mixture of an inert gas and in particular spontaneously flammable products. Mixtures of product vapors, especially spontaneously flammable, which are dispensed from storage points (which may be central systems) by bubbling an inert gas into the product, and which are diluted in the inert gas, are no longer spontaneous (and at least volatile impurities) Remaining in this liquid). The vapor contained in the mixture is then, after the transfer of this gas mixture to an appropriate safe state over a predetermined interval (the transfer line can also be heated to prevent condensation of the liquid during this transfer), depending on the type of precursor used. Selective phase in the solid state condenses in liquid form as close as possible to the production equipment (after delivery) to recover the purified, in particular spontaneously flammable, product.
[예를 들어 경질의(light) 탄화수소 또는 혼합물의 온도 및 압력 조건에 따라 전구체보다 더 휘발성인 불순물, 및 또한 불활성 가스와 같은] 혼합물의 다른 성분들은 가스 상태로 남아있고, 혼합물로부터 가스 상이 제거되어 혼합물은 사실상 불활성 가스 및 이들 경질의 불순물의 일부를 함유한다. 이는 특히 광전자 공학 분야에 관련된 용도에 특히 중요하다.Other components of the mixture (such as impurities that are more volatile than precursors, and also inert gases, depending on the temperature and pressure conditions of the light hydrocarbon or mixture, for example) remain gaseous and the gas phase is removed from the mixture The mixture contains virtually inert gas and some of these light impurities. This is particularly important for applications related to the field of optoelectronics.
예를 들면, 트리메틸 알루미늄은 15℃에서 응고되기 때문에, 이 경우에 이러한 생성물의 분배는 일반적으로 액체 상으로 진행된 뒤, 고체 상으로 진행되며, 트리메틸 갈륨이 -15℃의 녹는점을 가지기 때문에, 항상 고체 상으로 진행될 필요는 없다.For example, since trimethyl aluminum solidifies at 15 ° C., in this case the distribution of this product generally proceeds to the liquid phase and then to the solid phase, since trimethyl gallium has a melting point of −15 ° C. It does not need to proceed to the solid phase.
본 발명의 기본적인 실시예는 혼합물의 다른 성분과, 특히 불활성 가스로부터 (이송 후에), 특히 자연 발화성의 생성물의 증기를 분리하는 장치이다. 증기는 응축될 수 있거나 또는 심지어 냉기를 발생시키는 장치를 이용하여 응고될 수 있다. 냉각 단계가 초기에 함유하는 분순물로부터 그리고 불활성 가스로부터, 특히 자연 발화성의 생성물을 분리하기 위해 그리고 (액체 및/또는 고체 형태로) 이를 응축하기 위해 작용하기 때문에, 이송된 혼합물을 냉각시키기 위한 이러한 장치의 사용은 명백하게 실시를 위한 최선의 타협안을 대표한다.A basic embodiment of the present invention is a device for separating the steam of other components of the mixture and, in particular, from the inert gas (after conveying), in particular of pyrophoric products. The vapor can be condensed or even solidified using a device that generates cold air. Since the cooling step acts from the initially contained impurities and from the inert gas, in particular to separate the spontaneously flammable product and to condense it (in liquid and / or solid form), it is necessary to cool this conveyed mixture. The use of the device clearly represents the best compromise for implementation.
응고는 바람직하게는 이것이 액체 형태로 생성물 회수의 상을 거친 후에 거의 모든 생성물 증기를 회수하도록 작용하는 한 선호된다. 이러한 응고 단계는 온도가 에너지의 적당한 사용과 양립할 수 있을 때에만 수행된다. (합리적인 에너지 비용을 위해, -30℃ 내지 -40℃의 온도가 쉽게 얻어질 수 있다.)Solidification is preferably preferred as long as it serves to recover almost all product vapors after passing through the phase of product recovery in liquid form. This solidification step is performed only when the temperature is compatible with the proper use of energy. (For reasonable energy costs, temperatures between -30 ° C and -40 ° C can be easily obtained.)
그런 다음, 응고의 경우에, 고체는 장비에 의해 단지 필요하고 직접 사용 가능한 양의 액체의 체적을 얻기 위하여 생성물이 응고되는 저장소 또는 그 벽을 가열함으로써 용융될 수 있다. 이는 본 발명의 장치 및 방법의 하나의 중요한 양태이다.Then, in the case of coagulation, the solid can be melted by heating the reservoir or its wall where the product is coagulated to obtain the volume of liquid only the amount needed and directly usable by the equipment. This is one important aspect of the apparatus and method of the present invention.
본 발명의 방법은 불활성 가스가 액체 상태로 정제될, 특히 자연 발화성의 생성물을 통해 버블링되고, 혼합물은 바람직하게는 사용 지점 또는 제2 저장 지점에 근접하게 경로 설정되고, 그런 다음, 특히 자연 발화성의 생성물은 사용 지점에 근접하여 정제된, 특히 자연 발화성의 생성물을 얻기 위하여 불활성 가스로부터 그리고 정제될, 특히 자연 발화성의 생성물 내에 함유될 수 있는 경질의 불순물들 중 적어도 일부로부터 액체 및/또는 고체 형태로 분리되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게는, 이러한 분리는, 특히 자연 발화성의 가스 생성물을, 특히 자연 발화성의 액체 및/또는 고체 생성물로 변환하기 위하여 냉기 발생 수단을 이용하여 수행되는 한편, 불순한 자연 발화성 생성물 내에 함유된 불순물들 중 일부를 (사실상) 제거한다.The process of the invention allows the inert gas to be purified in a liquid state, in particular through a pyrophoric product, the mixture is preferably routed close to the point of use or to the second storage point, and then in particular to pyrophoric The product of is in liquid and / or solid form from at least some of the hard impurities that may be contained in the inert gas and in particular to be purified, especially in the pyrophoric product, to obtain a purified, in particular pyrophoric, product close to the point of use. Characterized in that separated. Preferably, this separation is carried out using cold air generating means, in particular for the conversion of spontaneously flammable gas products into liquid and / or solid products, particularly among the impurities contained in the impure spontaneously flammable products. Remove some (virtually).
본 발명의 방법의 다양한 대안들에 따라 단독으로 또는 조합하여 사용된다.It is used alone or in combination according to various alternatives of the method of the invention.
- 정제될, 특히 자연 발화성의 생성물이 가열됨,The product to be purified, in particular the pyrophoric product, is heated,
- 불활성 가스와, 특히 자연 발화성의 생성물의 혼합물이 그 경로 설정 중 적어도 일부 동안 가열됨,The mixture of the inert gas and, in particular, the product of pyrophoric heating, is heated during at least part of its routing,
- 혼합물이 자연 발화성 생성물과 불활성 가스의 분리까지의 그 경로의 전체 길이를 따라 사실상 가열됨,The mixture is substantially heated along the entire length of its path up to the separation of the pyrophoric product and the inert gas,
- 혼합물의 자연 발화성 생성물이 극저온 응축 시스템, 멤브레인 및/또는 흡착 시스템을 이용하여 적어도 불활성 가스로부터 분리됨,The pyrophoric product of the mixture is separated from at least an inert gas using a cryogenic condensation system, a membrane and / or an adsorption system,
- 가스 형태의 생성물이 액화되고 회수되는 동안 제1 상에서 분리가 일어나는 극저온 응축 시스템이 사용됨. 제2 상에서, 액체 생성물이 선택적으로 응고됨,A cryogenic condensation system is used in which separation of the first phase occurs while the product in gaseous form is liquefied and recovered. In the second phase, the liquid product is selectively solidified,
- 열 교환기를 통과함으로써 가스 상에서 액체 및/또는 고체 상으로의 변화가 수행됨,A change from gas to liquid and / or solid phase is carried out by passing through a heat exchanger,
- 압축기를 이용하거나 또는 펠티에 효과 디바이스(열전기 냉각)를 이용하여 냉각된 열 전달 액체와 간접 접촉함으로써 열 교환기 내에서 냉각이 일어남,Cooling takes place in the heat exchanger by means of a compressor or indirect contact with the cooled heat transfer liquid using a Peltier effect device (thermoelectric cooling),
- 응고된 자연 발화성 생성물이 정제된 자연 발화성 액체 상태로 용융됨,The solidified spontaneous product is melted into a purified spontaneous liquid state,
- 불활성 가스가 반응기로 즉시 이송될 수 있는, 불활성 가스와 정제된 액체의 증기의 혼합물을 생성하기 위해 정제될, 특히 자연 발화성의 액체 내로 주입됨,Inert gas is injected into the liquid, in particular the pyrophoric liquid, to be purified to produce a mixture of inert gas and purified liquid vapor, which can be immediately transferred to the reactor,
- 액체가 "플래쉬(flash)" 증발기라 불리는 증발기 내에서 직접 증발됨.The liquid evaporates directly in an evaporator called a "flash" evaporator.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 특히 자연 발화성의 생성물을 분배하기 위한 장치가 준비되고, 이는,According to another aspect of the invention, a device for dispensing spontaneously flammable products is prepared, which is
- 분배될 초기 (불순한) 생성물의 제1 저장 수단과,First storage means of an initial (impurity) product to be dispensed,
- 불활성 가스의 이송 수단과,Means for conveying inert gas,
- 불활성 가스와, 특히 자연 발화성의 생성물의 혼합물의 증기를 생성하기 위해 불활성 가스를 초기 생성물 내로 버블링하는 수단과,Means for bubbling the inert gas into the initial product to produce a vapor of the mixture of the inert gas and in particular the pyrophoric product,
- 상기 혼합물의 수송 수단과,Means of transport of said mixture,
- 특히 자연 발화성의 최종 생성물을 생성하기 위해 그 불순물들의 적어도 일부가 선택적으로 제거된, 특히 자연 발화성의 생성물의 응축 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.In particular at least some of the impurities have been selectively removed in order to produce a spontaneously flammable end product, in particular comprising condensation means of the spontaneously flammable product.
본 발명의 다양한 대안들에 따르면, 상기 장치는 이하의 다양한 특징들을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.According to various alternatives of the present invention, the apparatus may include the following various features alone or in combination.
- 특히 자연 발화성의 생성물의 응축 수단이 혼합물과 열 교환 유체가 유동하고, 바람직하게는 이중 재킷 튜브의 형태의 코일로 이루어진 열 교환기로 구성됨,In particular the condensation means of the spontaneously flammable product consists of a heat exchanger in which the mixture and the heat exchange fluid flow, preferably consisting of a coil in the form of a double jacketed tube,
- 열 교환기가 최종 생성물의 형태로, 특히 자연 발화성의 생성물을 액화시키기 위한 제1 부분을 포함함,The heat exchanger comprises a first part in the form of a final product, in particular for liquefying spontaneously flammable products,
- 열 교환기가, 특히 자연 발화성의 상기 생성물을 응고시키기 위한 제2 부분을 포함함,The heat exchanger comprises a second part, in particular for solidifying said product of spontaneously flammable,
- 상기 자연 발화성 최종 생성물의 제2 저장 수단.Second storage means of said spontaneously flammable end product.
또한, 본 발명의 장치는 이하의 특징들을 하나 이상 포함할 수 있다.In addition, the apparatus of the present invention may include one or more of the following features.
- 초기 생성물의 제1 저장 수단의 가열 수단,Heating means of the first storage means of the initial product,
- 상기 혼합물의 수송 수단의 적어도 일부에 위치된 가열 수단,Heating means located in at least part of the means of transport of the mixture,
- 혼합물의 다른 요소로부터의 정제될, 특히 자연 발화성의 생성물의 분리는 불활성 가스 및 혼합물을 구성하는 불순물들(사용되는 조건 하에서 응축 불가능한 것들) 중 적어도 일부를 제거하는 수단을 상부에 포함하는 극저온 냉각 수단에 의해 수행됨,The separation of the purified, in particular spontaneously flammable, product from the other elements of the mixture comprises cryogenic cooling comprising at the top a means for removing at least some of the inert gas and the impurities constituting the mixture (non-condensable under the conditions used) Performed by means,
- (액체 형태로 또는 전술한 바와 같이 액체 내에서 버블링되는 불활성 가스를 갖는 혼합물 내에서) 제2 저장 수단으로부터 사용 지점까지의, 특히 자연 발화성의 정제된 생성물의 이송을 위한 분배 수단.Dispensing means for the transport of purified products, especially spontaneously flammable, from the second storage means to the point of use (in liquid form or in a mixture with inert gas bubbling in the liquid as described above).
본 발명은 도시된 도면들과 연관하여 비제한적인 예로서 제공된 이하의 예시적인 실시예들로부터 더 잘 이해될 것이다.The invention will be better understood from the following illustrative embodiments, which are given as non-limiting examples in connection with the drawings shown.
도 1은 본 발명의 방법 및 디바이스의 흐름도이다.1 is a flow diagram of a method and device of the present invention.
도 2는 도 1의 흐름도의 상세도이다.2 is a detailed view of the flowchart of FIG. 1.
도 3은 열 교환기 구성의 예시적인 제1 실시예를 나타낸 것이다.3 shows a first exemplary embodiment of a heat exchanger configuration.
도 4는 도 3의 열 교환기의 일 대안예이다.4 is an alternative to the heat exchanger of FIG. 3.
도 5는 본 발명의 열 교환기의 2개의 다른 단순화된 구성을 도시한 것이다.5 shows two different simplified configurations of the heat exchanger of the present invention.
도 6은 본 발명의 열 교환기의 또 다른 예시적인 실시예를 나타낸 것이다.6 shows another exemplary embodiment of a heat exchanger of the present invention.
도 1은 본 발명의 분배 방법 및 디바이스의 흐름도를 도시한 것이다.1 shows a flow diagram of a dispensing method and device of the present invention.
유닛(100)은 시장에서 입수할 수 있는 바와 같은 액체 형태의 전구체 생성물(120)을 함유하고, 버블링에 의해 내부로 벡터 가스가 주입되는 [수단(99)에 의해 가열될 수 있는] 저장소(170)를 포함하고, 특히 자연 발화성의 생성물과 불활성 벡터 가스의 혼합물은 일 단부(상부)가 트랩(301)에 연결되는 라인(201)에 자체가 연결되고 [대략 200회 감긴 가열 저항기(40)에 의해 그 길이의 일부가 선택적으로 가열되는] 라인(200) 내로 보내어지고, 상기 트랩(301)은, 특히 자연 발화성의 생성물을 액체 형태로 응축하고, 그런 다음, 상기 생성물은 라인(201)을 통해 생성물이 이후의 사용을 위해 저장되는 저장소(500) 내로 유동한다. 그런 다음, 특히 자연 발화성의 생성물이 트랩 내에 고체 형태로 저장되는 경우에, 특히 자연 발화성의 이러한 생성물은 (적당한 가열 수단을 포함하는) 트랩(301) 내에서 액화된 후, 액체는 라인(201)을 통해 저장소(500) 내로 유동한다. 특히 자연 발화성의 생성물의 응축 또는 응고를 얻기 위하여, 트랩은 열 교환기를 통해 냉장 유닛의 열 전달 액체와 불활성 가스와 자연 발화성 증기의 혼합물인 증기 상 사이의 열 전달을 수행하는 냉장 유닛(400)에 연결된다.The
도면에 도시된 바와 같이, 저장소(500)는 사용자에 매우 근접된 출구를 갖는, 액체 내에서 버블링되는 주입 벡터 가스용 시스템을 포함한다.As shown in the figure, the
통상, 트랩(위에서 301)이라 호칭되는 냉기 및 열을 발생시키는 장치는,A device for generating cold air and heat, commonly referred to as a trap (301 above),
- (자체가 당업자에게 공지된 방식으로) 유동 방향이 냉각 또는 가열을 위해 역전될 수 있는 하나 이상의 펠티에 효과 요소들과,One or more Peltier effect elements, in which the flow direction can be reversed for cooling or heating (in a manner known to the person skilled in the art),
- (가열 저항기, 유도 가열기, 할로겐, 강제 대류 등의) 임의의 유형의 보조 가열기에 의해 보충되거나 또는 그렇지 않은, 압축기를 갖거나 또는 압축기 없는 냉장 유닛을 포함한다.A refrigeration unit with or without a compressor, supplemented or not with any type of auxiliary heater (such as a heating resistor, induction heater, halogen, forced convection, etc.).
도 2는 도 1의 흐름도의 상세한 실시예를 도시한 것이다.2 shows a detailed embodiment of the flow chart of FIG. 1.
벡터 가스 내에 혼입된 생성물 증기는 예를 들어 트랩(301)(트랩 또는 냉기 트랩으로서 작동하는 유닛) 아래의 수평 탐지기에 의해 제어되는 밸브를 통해 진입한다. 액체 회수 상은 또한 자체가 공지된 방식으로 프로그램 가능한 제어기 또는 마이크로프로세서에 의해 제어된 간단한 타이머를 이용하여 수평 탐지기 없이 제어될 수 있다.The product vapor entrained in the vector gas enters, for example, through a valve controlled by a horizontal detector below the trap 301 (unit operating as a trap or cold trap). The liquid recovery phase can also be controlled without a level detector using a simple timer controlled by a programmable controller or microprocessor in a manner known per se.
가스 유동률은 오리피스(350)에 의해 제어되고, 트랩(301)으로 진입하는 가스의 압력은 버블러 내에서 제어된다. 가스 상 유동 제어기가 또한 사용될 수 있다. 증기는 당업자에게 공지된 모든 형태(튜브 및 쉘, 이중 튜브, 판형 열 교환기 등)를 취할 수 있는 열 교환기(320)를 통해 트랩으로 진입한다. 이러한 열 교환기(320)는 이중 기능을 갖는데, 제1 기능은 (전구체가 적절한 응고점을 가질 때, 즉 너무 낮지 않을 때) 벡터 가스 내에 혼입된 증기를 액화시킨 후 응고시키는 것이고, 제2 기능은 장비(500)에 의해 직접 사용 가능한 액체의 체적을 회수하기 위해 이전 상으로 열 교환기에 형성된 고체의 용융을 허용하는 것이다.The gas flow rate is controlled by the
본 발명의 중요한 이점은 제1 기능(응고)에 필요한 냉기 및 제2 기능(바람직하게는 액체를 얻기 위한 고체의 용융)에 필요한 열을 제공하기 위해 단지 하나의 유체만을 사용한다는 것이다. 일반적으로, 이는 [심지어 임의의 "뜨거운(hot)" 열 전달 액체의 순환 없이] 고체 생성물의 용융를 얻기 위하여 압축기(430)의 작동을 중지시키기에 충분하다.An important advantage of the present invention is that only one fluid is used to provide the cold air necessary for the first function (solidification) and the heat required for the second function (preferably melting of the solid to obtain a liquid). In general, this is sufficient to shut down the
이는 각각 모세관 팽창 디바이스 또는 감압기(410)를 구비하지 않거나 또는 [밸브(421)가 폐쇄되고 밸브(422)가 개방될 때] 모세관 팽창 디바이스 또는 감압기(410)를 구비하는, 냉장 유닛의 작동을 위해 2개의 밸브들(421, 422)을 포함하는 냉장 유닛(400)의 설계에 의해 가능해진다.This is the operation of the refrigeration unit, either without a capillary expansion device or
그런 다음, 냉장 유닛은 모세관 또는 감압기가 사용 중일 때 증기를 응고시키고, 이로 인해 압축기(440)를 밸브(421)를 통해 열 교환기(320)에 직접 연결함으로써 후자가 회피될 때 고체를 용융시킨다. 압축기(440) 및 열 교환기(430)는 압축기 출구에서 가스를 냉각시키기 위해 대기, 물 또는 임의의 다른 유체를 사용할 수 있다.The refrigeration unit then solidifies the steam when the capillary or pressure reducer is in use, thereby melting the solid when the latter is avoided by connecting the
본 발명은 현재의 공정 장비에 용이하게 병합될 수 있고, 트랩(300)의 설계가 반도체 제조 유닛에 이용 가능한 장비의 생성물 공급 유닛에 용이하게 병합될 수 있도록 이루어지는 한편, 냉장 유닛이 트랩(300)과 접촉하는 열 전달 액체를 수송하는 라인에 의해 오프셋될 수 있고 간단하게 연결될 수 있다는 이점을 갖는다.The present invention can be easily incorporated into current process equipment, and the design of the
바람직하게는, 열 교환기 시스템 내에서 생성물이 응고될 수 있는 파이프는 응고 동안 급속히 막히는 것을 방지하기 위해 적어도 0.5 mm의 직경을 갖는다.Preferably, the pipe from which the product can solidify in the heat exchanger system has a diameter of at least 0.5 mm to prevent rapid blockage during solidification.
도 3 내지 도 6은 비제한적인 예로서 제공된 열 교환기(320)의 다양한 대안적인 실시예들을 도시한 것이다. 명백하게, 많은 대안들이 당업자들에 의해 제시될 수 있지만, 위에서 정의된 본 발명의 구조 내에 있다.3-6 illustrate various alternative embodiments of
도 3은 불활성 가스와 자연 발화성 증기의 혼합물에 의해 라인(200, 42)을 통해 기부까지 공급되는 코일(39)을 도시한 것이고, 이러한 혼합물은 라인(43) 내에서, 특히 자연 발화성의 생성물을 응축시킨 후 선택적으로 응고시키는 열 전달 유체(44)를 (바람직하게는 일반적으로 역류하게) 각각 유동시키는 이중 재킷(43, 48)을 갖는 코일(39) 내측에서 라인(42)을 통해 상승하고, 벡터 가스 및 응축 불가능한 불순물들은 45에서 상부를 거쳐 탈출한다. 이 라인(43)이 고체 형태의 생성물로 채워질 때, 냉각 유체의 유동은, 특히 자연 발화성의 생성물을 점진적으로 액화시키기 위해 정지되고 가열 유체의 유동에 의해 대체되고, 그런 다음 동일한 라인(43)을 통해 유동한 후, 예를 들어 정제된 액체를 저장하기 위한 수단(500) 내에 저장되도록 라인(42, 41)을 통해 아래로 계속 유동한다. 정제된 액체는 또한 수평 탐지기(498)와 함께 끼움 결합된 저장소(499) 내에서 회수될 수 있고 저장될 수 있어서, 밸브(497, 201)를 통해 저장 유닛(501) 내로 액체를 주입할 수 있게 한다. 특히 자연 발화성의 생성물의 응축을 가속화하고 개선하기 위하여, 이는 (도 2에 도시된 바와 같이) 저장소(499) 내에서 라인(496)을 통해 그 도착과 동시에 버블링될 수 있고, 이로 인해 액체와의 접촉 시에 혼합물 내에 존재하는 증기들 중 일부를 이미 응축시킨다.FIG. 3 shows a
도 4는 도 3의 시스템과 유사한 시스템을 도시한 것이지만, 사용된 유형의 열 교환기 유체에 따라 전구체 응고 및 용융 영역을 나타내는 상부와, 단순히 증기 응축 영역인 하부가 제공된다. 혼합물 유입 라인(200)은 가열 저항기, 가열 스트립 등(40)을 (선택적으로) 이용하여 가열된다. 라인(200)은 한편으로는 (정제된 액체가 아래로 유동하는) 라인(41) 내로, 그리고 다른 한편으로는 액체/증기 혼합 물이 유동하는 라인(42) 내로 배출한다. 그럼에도 불구하고, 냉각 유체로 둘러싸여지지 않은 이 라인은 상기 라인의 위로 연속되고 자체가 냉각되는 라인(43)으로 인해 (전도에 의해 간접적으로) 이미 냉각된다. 증기는 라인(42)의 이 부분에서 액체로 응축된다. 라인(43)의 일부에서, 외부 재킷(48) 내에서 유동하는 열 전달 액체(44)는 자연 발화성 액체 내측(43)의 응축 및/또는 응고를 허용한다. 열 전달 유체는 여기서 혼합물에 역류하게 유동하는 한편(순류도 또한 가능함), 벡터 가스(여기서 불활성 가스) 및 임의로는 불순물들은 43의 상부 단부인 45에서 제거된다. 특히 자연 발화성의 생성물의 라인(43) 내에서의 선택적인 응고 후에, 상기 생성물은 재킷(48) 내의 충분히 뜨거운 열 전달 액체를 순환시킴으로써 액화된다.FIG. 4 shows a system similar to the system of FIG. 3, but with an upper portion representing precursor solidification and melting regions and a lower portion simply vapor condensation region depending on the type of heat exchanger fluid used. The
도 5는 전술한 시스템의 일 대안적인 시스템을 도시한 것이고, 동일한 요소들은 상기한 바와 동일한 도면부호를 갖는다.5 shows one alternative system of the system described above, wherein like elements have the same reference numerals as described above.
도 5a에서, 열 전달 유체는 하부로부터 전달되고, 열 교환 후 열 교환기의 상부에서 제거되는 한편, 증기 및 불활성 가스는 열 교환기의 상부에서 아래로 주입되며, 액체는 용융 후에 열 교환기의 하부에서 회수되는 한편, 벡터 가스는 상부를 통해 배출된다.In FIG. 5A, the heat transfer fluid is transferred from the bottom and removed at the top of the heat exchanger after heat exchange, while steam and inert gas are injected down at the top of the heat exchanger, and the liquid is recovered at the bottom of the heat exchanger after melting. On the other hand, the vector gas is discharged through the top.
도 5b에서, 시스템은 하부를 통해 주입되는 증기 및 벡터 가스를 제외하고는 사실상 동일하지만, 열 교환 유체는 상부로부터 아래로 주입된다.In FIG. 5B, the system is virtually identical except for the vapor and vector gas injected through the bottom, but the heat exchange fluid is injected from the top down.
도 5의 유닛에서, 열 교환기는 서로 평행하고 그 하부와 상부 부분에서 서로 연결되는 파이프(43) 배열로 인해 도 4에서보다 훨씬 더 소형화될 수 있다.In the unit of FIG. 5, the heat exchangers can be much smaller than in FIG. 4 due to the arrangement of
도 6은 (도 4의 열 교환기와 유사하게) 상부에, 특히 자연 발화성의 생성물 의 응고 및 용융 영역과(판형 열교환기), 하부에 증기 응축 영역을 포함하는, 본 발명의 열 교환기의 또 다른 대안적인 실시예를 도시한 것이다. 이러한 시스템은 도 5b의 시스템과 같이 작동하는 열 교환기를 제외하고는 도 4에 서술된 시스템과 유사하다. 전술한 도면들의 요소들과 동일한 요소들은 동일한 도면부호를 갖는다. 혼합물 공급 라인(200)은 또한 가열 슬리브(40)를 이용하여 가열된다.FIG. 6 is yet another embodiment of the heat exchanger of the invention, comprising a solidification and melting zone of the pyrophoric product (plate heat exchanger) and a vapor condensation zone at the bottom (similar to the heat exchanger of FIG. 4). Alternative embodiments are shown. This system is similar to the system described in FIG. 4 except for a heat exchanger operating with the system of FIG. 5B. The same elements as the elements in the foregoing figures have the same reference numerals.
명백하게, 본 발명은 또한 "초기(initial)" 액체 및 "최종(final)" 액체는 실질적으로 동일한 순도를 갖는 대안들로 확장된다. 본 발명의 중요점들 중 하나는 이들 액체를 이송하기 위한 통상의 조건과 비교하여 매우 개선된 안전 조건 하에서 일 지점으로부터 다른 지점까지 액체, 특히 자연 발화성의 생성물을 이송하고 일반적으로 "최종" 생성물의 순도를 개선한다는 사실에 있다.Clearly, the present invention also extends to alternatives in which the "initial" liquid and the "final" liquid have substantially the same purity. One of the important points of the present invention is the transfer of liquids, in particular spontaneously flammable products, from one point to another under very improved safety conditions as compared to the conventional conditions for conveying these liquids and generally of the "final" product. It is in the fact that it improves purity.
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